CN116646441B - 一种微显示芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微显示芯片及其制备方法，微显示芯片包括基板，基板表面设有若干发光单元，发光单元包括金属层，金属层上方设有外延层，金属层和外延层表面覆盖钝化层，外延层与的钝化层相连的表面呈球面状，钝化层表面覆盖反光层，钝化层和反光层高度低于外延层，反光层表面覆盖N电极层，N电极层顶部对应外延层处开设有透光孔，发光单元之间设有阻隔单元，阻隔单元包括阻隔层，阻隔层表面覆盖反射层。本发明直接将发光单元外延层刻蚀成微透镜形式，通过调节外延层表面弧度使外延层产生的光部分全反射到外延层内部，将发射光进行准直和会聚，同时发光单元之间设置阻隔结构及反射层，提升了发光光效，减小了串光干扰。
Description
技术领域
本发明属于LED显示芯片技术领域，具体涉及一种微显示芯片及其制备方法。
背景技术
随着可穿戴显示设备的快速发展，出现了微发光二极管（Micro LED，uLED）技术。Micro LED技术即LED微缩化和矩阵化技术，指的是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列。MicroLED的显示原理是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1～10μm等级左右；然后将MicroLED批量式转移至电路基板上，其基板可为硬性、软性（透明、不透明）基板上；再利用物理沉积制程完成保护层与上电极，即可进行上基板的封装，完成一结构简单的MicroLED显示，而要制成显示器，其晶片表面必须制作成如同LED显示器般之阵列结构，且每一个像素点必须可控制、单独驱动点亮，显示器所组成的显示面板是MicroLED的重要组成部分。
Micro LED显示面板一般会包括多个LED像素点（即发光单元），传统的Micro LED，通过刻蚀掉连续的功能性外延层来得到多个完全隔离的功能性发光单元，但MicroLED单元发出的光比较散乱且光利用率较低，通常通过增加反光层结构或在发光层上增加设置微透镜结构等方式，前者效率提升有限，后者工艺复杂难以操作。因此，亟需一种微显示芯片结构以解决上述技术问题。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种微显示芯片及其制备方法，直接将发光单元外延层刻蚀成微透镜形式，通过调节外延层表面弧度使外延层产生的光部分全反射到外延层内部，将发射光进行准直和会聚，同时发光单元之间设置阻隔结构及反射层，提升了发光光效，减小了串光干扰。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种微显示芯片，包括基板，所述基板表面设有若干发光单元，所述发光单元包括金属层，所述金属层上方设有外延层，所述金属层和外延层表面覆盖钝化层，所述外延层与的钝化层相连的表面呈球面状，所述钝化层表面覆盖反光层，所述钝化层和反光层高度低于外延层，所述反光层表面覆盖N电极层，所述N电极层顶部对应外延层处开设有透光孔，所述发光单元之间设有阻隔单元，所述阻隔单元包括阻隔层，所述阻隔层表面覆盖反射层。
一种微显示芯片的制备方法，包括以下步骤：
S1、通过真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜或真空离子镀膜在外延片镀上多层结构的第一金属膜层；
S2、采用步骤S1中同样的方法，在基板上形成第二金属膜层；
S3、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延片和基板进行键合，键合后外延片和基底之间的金属膜形成良好的欧姆接触，形成金属层；
S4、通过机械或化学手段减薄除去外延片的衬底和缓冲层；
S5、通过沉积方式制备在外延片的第一半导体层表面制备牺牲层；
S6、通过IBE光刻法将牺牲层图案化，图形化后的牺牲层再进行热熔处理成球形的结构；
S7、用ICP刻蚀刻蚀外延层形成独立像素，蚀刻后的外延层表面为球面，通过IBE刻蚀金属层使其图形化；
S8、PECVD沉积钝化层，通过IBE进行图形化；
S9、通过蒸镀或沉积方式在钝化层表面形成反光层；
S10、经光刻、蒸镀或lift-off的方式在反光层表面制作N电极层，并完成N电极层图形化；
S11、通过光刻法实现阻隔层的制备，对发光单元进行隔离；
S12、通过原子层沉积、化学气相沉积、蒸发或溅射的方式在阻隔层表面沉积反射层，得到所述微显示芯片。
进一步优选地，所述外延片包括衬底，所述衬底上方设有缓冲层，缓冲层上方设有外延层，外延层包括依次设置的第一半导体层、多量子阱结构和第二半导体层。
进一步优选地，所述第一金属膜层和第二金属膜层为单层或多层结构，多层结构中包含金属和非金属膜层，金属膜层含有Cr、Ni、Au、Ag、Sn、Ti、Pt或Pb，非金属膜层包括ITO膜。
进一步优选地，步骤S4中根据外延片衬底的材料选择减薄方式，所述外延片的衬底为硅基衬底或蓝宝石衬底，当衬底为蓝宝石衬底时，通过激光剥离法去除，当衬底为硅基衬底时，通过物理打磨减薄、深硅刻蚀、湿法化学腐蚀去除，衬底去除后，通过ICP刻蚀使外延层厚度控制在0.5~2um。
进一步优选地，所述步骤S7中金属层图案化之后金属层接基板一侧面积小于或等于外延层底面面积。
进一步优选地，所述钝化层在基板的投影面积大于外延层的投影面积，钝化层高度低于外延层高度，根据光学设计出光角度进行调整钝化层覆盖高度，所述钝化层与外延层具有不同的折射率，通过调节外延层表面弧度使外延层产生的光部分全反射到外延层内部。
本发明的有益效果：
本发明直接将Micro LED发光单元外延层刻蚀成微透镜形式，尺寸大小可通过光学设计及工艺调整，通过调节外延层表面弧度使外延层产生的光部分全反射到外延层内部，将发射光进行准直和会聚，同时发光单元之间设置阻隔结构及反射层，提升了发光光效，减小了串光干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明微显示芯片的结构示意图；
图2是本发明步骤S1中外延片镀第一金属层的结构示意图；
图3是本发明步骤S2中基板镀第二金属层的结构示意图；
图4是本发明步骤S3中基板与外延片键合的结构示意图；
图5是本发明步骤S4中去除衬底及缓冲层的结构示意图；
图6是本发明步骤S5中制备牺牲层的结构示意图；
图7是本发明步骤S6中牺牲层图案化和热熔处理成球形的结构示意图
图8是本发明步骤S7中刻蚀外延层和金属层的结构示意图；
图9是本发明步骤S8中钝化层沉积和图案化的结构示意图；
图10是本发明步骤S9中形成反光层的结构示意图；
图11是本发明步骤S10中制作N电极层及其图案化的结构示意图；
图12是本发明步骤S11中制备阻隔层的结构示意图；
图13是本发明步骤S12中沉积发射层的结构示意图。
图中：1-衬底，2-缓冲层，3-第一半导体层，4-多量子阱结构，5-第二半导体层，6-第一金属膜层，7-基板，8-第二金属膜层，10-金属层，11-牺牲层，12-外延层，13-钝化层，14-反光层，15-N电极层，16-阻隔层，17-反射层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种微显示芯片，包括基板7，所述基板7表面设有若干发光单元，所述发光单元包括金属层10，所述金属层10上方设有外延层12，所述金属层10和外延层表面覆盖钝化层13，所述外延层12与的钝化层13相连的表面呈球面状，所述钝化层13表面覆盖反光层14，所述钝化层13和反光层14高度低于外延层12，所述反光层14表面覆盖N电极层15，所述N电极层15顶部对应外延层12处开设有透光孔，所述发光单元之间设有阻隔单元，所述阻隔单元包括阻隔层16，所述阻隔层16表面覆盖反射层17。
上述微显示芯片的制备方法，包括以下步骤：
S1、通过真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜或真空离子镀膜在外延片镀上多层结构的第一金属膜层6；
S2、采用步骤S1中同样的方法，在基板7上形成第二金属膜层8；
S3、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延片和基板7进行键合，键合后外延片和基底7之间的金属膜形成良好的欧姆接触，形成金属层10；
S4、通过机械或化学手段减薄除去外延片的衬底1和缓冲层2；
S5、通过沉积方式制备在外延片的第一半导体层3表面制备牺牲层11；
S6、通过IBE光刻法将牺牲层11图案化，图形化后的牺牲层11再进行热熔处理成球形的结构；
S7、用ICP刻蚀刻蚀外延层12形成独立像素，蚀刻后的外延层12表面为球面，通过IBE刻蚀金属层10使其图形化；
S8、PECVD沉积钝化层13，通过IBE进行图形化；
S9、通过蒸镀或沉积方式在钝化层表面形成反光层14；
S10、经光刻、蒸镀或lift-off的方式在反光层14表面制作N电极层15，并完成N电极层15图形化；
S11、通过光刻法实现阻隔层16的制备，对发光单元进行隔离；
S12、通过原子层沉积、化学气相沉积、蒸发或溅射的方式在阻隔层16表面沉积反射层17，得到所述微显示芯片。
其中，钝化层13可以是SiO2、Al2O3、SiN、Ta2O5或是绝缘材料及其他合适材料；
N电极层15可以是Cr、Ti、Pt、Au、Al、Cu、Ge或Ni等导电金属材料；
反光层14可以是高反光金属如Al，Ag或者其他高反光介质材料；
牺牲层11可以是光刻胶、SU8、聚酰亚胺、SiO2和SiNx中的任意一种；
阻隔层16可以是聚酰亚胺、有机树脂、光刻胶等。
在一些实施例中，所述外延片包括衬底1，所述衬底1上方设有缓冲层2，缓冲层2上方设有外延层12，外延层12包括依次设置的第一半导体层3、多量子阱结构4和第二半导体层5。
在一些实施例中，所述第一金属膜层6和第二金属膜层8为单层或多层结构，多层结构中包含金属和非金属膜层，金属膜层含有Cr、Ni、Au、Ag、Sn、Ti、Pt或Pb，非金属膜层包括ITO膜。
在一些实施例中，步骤S4中根据外延片衬底的材料选择减薄方式，所述外延片的衬底1为硅基衬底或蓝宝石衬底，当衬底1为蓝宝石衬底时，通过激光剥离法去除，当衬底1为硅基衬底时，通过物理打磨减薄、深硅刻蚀、湿法化学腐蚀去除，衬底1去除后，通过ICP刻蚀使外延层12厚度控制在0.5~2um。
在一些实施例中，所述步骤S7中金属层10图案化之后金属层10接基板7一侧面积小于或等于外延层12底面面积。
在一些实施例中，钝化层13在基板1的投影面积大于外延层12的投影面积，钝化层13高度低于外延层12高度，可根据光学设计出光角度进行调整钝化层13覆盖高度，所述钝化层13与外延层12具有不同的折射率，可通过调节外延层12表面弧度使外延层12产生的光部分全反射到外延层12内部。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (5)
1.一种微显示芯片，其特征在于，包括基板，所述基板表面设有若干发光单元，所述发光单元包括金属层，所述金属层上方设有外延层，所述金属层和外延层表面覆盖钝化层，所述外延层与的钝化层相连的表面呈球面状，所述钝化层表面覆盖反光层，所述钝化层和反光层高度低于外延层，所述反光层表面覆盖N电极层，所述N电极层顶部对应外延层处开设有透光孔，所述发光单元之间设有阻隔单元，所述阻隔单元包括阻隔层，所述阻隔层表面覆盖反射层；
所述的微显示芯片的制备方法包括以下步骤：
S1、通过真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜或真空离子镀膜在外延片镀上多层结构的第一金属膜层；
S2、采用步骤S1中同样的方法，在基板上形成第二金属膜层；
S3、通过倒装焊的方式将已镀膜的外延片和基板进行键合，键合后外延片和基底之间的金属膜形成良好的欧姆接触，形成金属层；
S4、通过机械或化学手段减薄除去外延片的衬底和缓冲层；
S5、通过沉积方式制备在外延片的第一半导体层表面制备牺牲层；
S6、通过IBE光刻法将牺牲层图案化，图形化后的牺牲层再进行热熔处理成球形的结构；
S7、用ICP刻蚀刻蚀外延层形成独立像素，蚀刻后的外延层表面为球面，通过IBE刻蚀金属层使其图形化；
S8、PECVD沉积钝化层，通过IBE进行图形化；
S9、通过蒸镀或沉积方式在钝化层表面形成反光层；
S10、经光刻、蒸镀或lift-off的方式在反光层表面制作N电极层，并完成N电极层图形化；
S11、通过光刻法实现阻隔层的制备，对发光单元进行隔离；
S12、通过原子层沉积、化学气相沉积、蒸发或溅射的方式在阻隔层表面沉积反射层，得到所述微显示芯片；
所述钝化层在基板的投影面积大于外延层的投影面积，所述钝化层高度低于外延层高度，根据光学设计出光角度进行调整钝化层覆盖高度，所述钝化层与外延层具有不同的折射率，通过调节外延层表面弧度使外延层产生的光部分全反射到外延层内部。
2.根据权利要求1所述的微显示芯片，其特征在于，所述外延片包括衬底，所述衬底上方设有缓冲层，缓冲层上方设有外延层，外延层包括依次设置的第一半导体层、多量子阱结构和第二半导体层。
3.根据权利要求1所述的微显示芯片，其特征在于，所述第一金属膜层和第二金属膜层为单层或多层结构，多层结构中包含金属和非金属膜层，金属膜层含有Cr、Ni、Au、Ag、Sn、Ti、Pt或Pb，非金属膜层包括ITO膜。
4.根据权利要求1所述的微显示芯片，其特征在于，所述步骤S4中根据外延片衬底的材料选择减薄方式，所述外延片的衬底为硅基衬底或蓝宝石衬底，当衬底为蓝宝石衬底时，通过激光剥离法去除，当衬底为硅基衬底时，通过物理打磨减薄、深硅刻蚀、湿法化学腐蚀去除，衬底去除后，通过ICP刻蚀使外延层厚度控在0.5~2um。
5.根据权利要求1所述的微显示芯片，其特征在于，所述步骤S7中金属层图案化之后金属层接基板一侧面积小于或等于外延层底面面积。
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